施华斌：澳门台风风暴潮数值预报及大湾区风暴潮研究的协同发展

导读

2021年9月30日下午，2020/2021中国城市规划年会暨2021中国城市规划学术季“论道规划二十二：数字化支持城市群协同发展”在线上成功举办。澳门大学智慧城市物联网国家重点实验室助理教授施华斌作了题为《澳门台风风暴潮数值预报及大湾区风暴潮研究的协同发展》的主旨报告。

本文字数：2612字

阅读时间：8分钟

施华斌

澳门大学智慧城市物联网国家重点实验室助理教授

01

澳门台风风暴潮灾害形式

台风风暴潮是我国最严重的海洋灾害，也是粤港澳大湾区造成直接经济损失最严重的海洋自然灾害，粤港澳等东南地区共同关注的重大灾害问题。澳门位于西太平洋生成台风的运动路径上，极易遭受台风的袭击，引发灾害性的风暴潮和强降雨。对澳门造成最严重影响的两场台风分别是2017年“天鸽”和2018年“山竹”。2017年台风造成了超过100多亿澳门元的经济损失，且造成了8人遇难和153人的受伤。隔年2018年“山竹”双台共舞造成经济损失超过“天鸽”。

目前，澳门本地精准防控与城市规划，针对风暴潮和台风主要有两套预警系统，一是台风热带气旋信号系统，是针对于台风的预报系统。另外是风暴潮警告系统，但该系统不是城市尺度，而是在给定条件下（如说风暴潮超过2米/3米），划分风暴潮影响的区域，影响区域基于统一的风暴潮的高度。然而对于澳门这种奇特地形的滨海城市，其不同区域的风暴潮增水不同，因此在城市防洪、城市规划上需要将东侧、西侧，内港和外港区分开，因此需要城市街道尺度数值的更为精准的研究。同时，根据澳门风暴潮引起的澳门水浸高度的历史记录显示，澳门极端台风事件频率拟有所增加，超记录风暴增水可能性增大，这种变化趋势对未来城市规划的影响，也是需要讨论的问题。

02

海平面上升及台风的未来变化

全球气候变化明显，导致海平面上升，珠江口滨海城市的风暴潮灾害风险加剧。2013年《自然》杂志有文章显示，至2050年，海平面上升影响下广州遭受风暴潮灾害的风险在全球沿海城市中最高，深圳位列第5。2013年的研究成果与现在新的形势会有怎样的变化，这需要关注。同时，在环南中国海的海平面变化趋势当中，大湾区的海平面变化趋势又是什么？我们想通过EEMD信号分析和机器学习的技术对环南海和广东沿海的海平面上升趋势进行具体的定量化研究，目前已有对香港的潮位分解、对整个南中国海海平面上升的趋势预测的初步结果。后续还需要引入更多的机器学习技术来完善分析方法。

台风变化方面，在海平面基准面上升的情况下，风暴潮的风险会增大。如果再叠加台风的变化，防灾形势严峻。近30年来，中国和西北太平洋台风呈现“一减三增”的趋势，包括：最大强度增加，热带气旋快速增强率增加，破坏性增强，台风登录后衰减率减慢。台风对内部、沿海的影响持续时间延长，如今年台风“烟花”，登陆后仍有很大强度，产生了较大影响。未来热带气旋的破坏性会存在增强风险。我们对西北太平洋生成的台风速度和变化进行了简要的分析，通过对1900—2020年台风数据分析，发现1971年以前台风呈现逐年增长趋势。1971年以后呈减少趋势，数据的线性关系相对较小，台风数目年际间变化幅度较大。因此我们以每10年为单位进行了统计，同样70年代前呈现增长趋势，之后呈减少趋势，两个时间段数据线性相关较好，这表明70年代后，西北太平洋（可能影响我国、影响粤港澳大湾区的台风）数目呈下降的趋势。虽然数量上趋势乐观，但台风的危险形势不容乐观。在台风强度方面，我国台风按强度分为热带低压，热带风暴，台风和强台风，超强台风。单看超强台风数目，70年代后，实际上存在增大的趋势。虽然总生成的台风数量呈减小趋势，但超强台风数目呈增长趋势。

未来，是否会发生台风“天鸽”同等强度的台风？海平面不断上升背景下，大湾区沿海风暴潮洪灾风险如何变化？另外，不同台风产生风暴潮差异的原因？这个问题对应了“精准”一词，相应的“天鸽”台风和去年的“海高斯”台风的路径和强度都接近，为何他们造成的灾害相差较多？这种情况下对于粤港澳大湾区城市的精准防灾减灾会有什么影响？以及，小型的滨海城市数值预报的可行性是否有可能？风暴潮的数字预报城市越小，网格越精细，从而导致越大计算量，使得效率就会低，因此能否实现精准度和效率的统一性是我们研究的一个重要点。

澳门风暴潮数值预报有以下几点关键技术问题，以较大范围海区的预报为主，滨海城市尺度数值预报的准确度和效率是一对矛盾的集合体。近岸海域复杂地形地貌导致独特的增水动力机制和影响因子，增水机制与控制因子尚不清晰。用海需求增加，填海造陆使峡道与海岸线形态更加复杂，超级录风暴增水可能性增大。预报采用多要素耦合、高空间分辨率城市尺度的风暴潮FVCOM数字模型，模型主要立足于澳门，涵了南海北部和整个华南沿海，网格慢慢过渡到澳门周边，达到10-20米的城市街区尺度，体现澳门的内港外港，南边北边不同分布。使用模型对“天鸽”“山竹”“韦帕”“海高斯”等历史台风进行验算，结果与实际情况吻合不错。

应用模型考虑在珠江口海平面上升0.15m（-50年后）、0.30（-100年后）、0.45（-150年后）情形下，澳门海域在台风“天鸽”同等超强台风作用下的风暴增水变化。海平面上升对风暴潮有正反两方面效应，正效应是海平面上升会减小水流的阻力，有可能增大风暴潮。反效应是海平面上升会使风对海水的驱动力减小，减小风暴潮的高度。我们初步对澳门内港地区，风暴潮风险最高的地区进行了验算，整体上海平面上升可能会导致内港地区风暴增水的最大高度增大10cm，加上海平面上升，这对澳门的风险危害不可忽视。我们期望后续应用模型探索更多的粤港澳大湾区其他城市的演化。

风暴潮数学模型科学要点包括近岸的各种不确定性，这是海洋科学领域重要思考点。对于城市规划方向，是大湾区近岸地形地貌的数据共享和协同预报，风暴潮的数值预报基于较为准确的地形地貌、灾害数据，对大湾区近岸地形地貌的数据共享和协同预报决定了城市群的风暴潮数值预报的有效性。

03

大湾区风暴潮研究的协同发展

首先提升预报效率，优化网格布置。原则上既要保证澳门地区，也要保证大湾区左右岸的适用，以期未来实现协同预报。

此外，关于大湾区风暴潮研究的协同的思考：

风暴潮数值预报方面，开展大湾区近岸地形地貌的协同调查和数据共享，建设大湾区全域高分辨率台风风暴潮数值预报系统，实现城市群统一预报和各城市单独预报的协同。

风暴潮智能观测监测方面，开展多地、多源、多手段的综合规划，以及大湾区海洋灾害观测系统的数据共享。

风暴潮动力学机制方面，研究超级城市群近岸风暴增水的相互影响，如澳门填海对珠海的风暴潮的影响等。

供稿单位：深圳市城市规划设计研究院有限公司，深圳大学建筑与城市规划学院

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